本發(fā)明是一種基于網(wǎng)絡(luò)RTK的尋北方法及設(shè)備，涉及衛(wèi)星定向
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：隨著衛(wèi)星定向技術(shù)的蓬勃發(fā)展，各類應(yīng)用場景對其定向精度提出了越來越高的要求，而更高定向精度的獲得必然需要更高精度的測試基準(zhǔn)為其提供支持；真北方向作為衛(wèi)星定向技術(shù)的重要基準(zhǔn)之一，其本身的獲取與檢校缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和便捷操作方法，從而影響衛(wèi)星定向技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，有必要找到一種便捷可靠并且精度較高的尋北方法來確定真北方向。目前尋北方法主要分為四個大類：第一類為磁尋北法，磁尋北法的尋北基準(zhǔn)是磁北，是通過磁定向設(shè)備(包括指南針、磁羅盤、電子羅盤等)指示磁北方向，再根據(jù)磁北方向通過一系列轉(zhuǎn)換得到真北方向。主要缺點(diǎn)是定向精度易受環(huán)境影響，尤其是在復(fù)雜電磁環(huán)境下難以使用；而且磁北方向與目前的坐標(biāo)北方向并不一致，實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)換也較為繁瑣；再者定向精度與緯度也有關(guān)系，緯度越高定向精度越差。第二類為天文尋北法，天文尋北法通過觀測北極星的高度角或時角來確定觀測點(diǎn)的真北方向。由于北極星的位置是相對穩(wěn)定不變的，且由于天文定向法觀測時間較長、儀器精度較高，理論上該方法能達(dá)到很高精度，該方法的缺點(diǎn)是受氣候條件的制約，難以保證全天候高精度測量；且只能得到天文經(jīng)緯度的二維位置信息，缺乏高程信息，且使用的天文觀測儀器價格一般較高，保養(yǎng)維護(hù)比較困難。第三類為陀螺經(jīng)緯儀尋北法，陀螺經(jīng)緯儀由陀螺儀和經(jīng)緯儀組成。陀螺儀具有定向性和進(jìn)動性，在地球自轉(zhuǎn)過程中，陀螺儀地轉(zhuǎn)有效分量的影響下，其主軸總是向子午面方向進(jìn)動，并可保持在子午面附近做連續(xù)不斷的、不衰減的橢圓簡諧擺動，利用此特性經(jīng)過粗略定向、精密定向，最終得到精確的真北方向。該方法的缺點(diǎn)是陀螺經(jīng)緯儀價格貴重，使用壽命有限；長時間使用后需要校準(zhǔn)，維護(hù)成本高；受外界地磁環(huán)境影響較大，不具備定位功能等。第四類為衛(wèi)星尋北法，衛(wèi)星尋北主要指GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))尋北，基于衛(wèi)星載波相位信號差分測量原理，確定空間兩點(diǎn)所成幾何矢量在給定坐標(biāo)系下的指向，從而推算出真北方位，能夠同時得到定位結(jié)果；該類方法尋北精度易受單點(diǎn)定位誤差影響，同時對兩臺接收機(jī)間的基線長度要求較高(一般超過100m)，不利于在較為狹窄的環(huán)境架設(shè)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)設(shè)計一型尋北設(shè)備，旨在提高其定位精度從而快速精確測量待測點(diǎn)的真北方向，從而解決現(xiàn)有方案中精度差、測量時間長、設(shè)備昂貴、受氣候及場地條件限制等缺點(diǎn)。本發(fā)明的原理在于，根據(jù)真北方向的定義為某點(diǎn)指向北極的方向，具體在本發(fā)明的應(yīng)用中，即需將一段穿過測試場地的經(jīng)線(即子午線)投影繪制至測試場地，從而作為代表真北方向的基準(zhǔn)線。本發(fā)明中結(jié)合網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)設(shè)計的尋北設(shè)備主要通過接收網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)機(jī)構(gòu)播發(fā)的的差分改正信號來精確測定設(shè)備測量臂的中心點(diǎn)與尋北點(diǎn)的精確位置，通過實(shí)時計算兩點(diǎn)的相對位置關(guān)系來控制伺服系統(tǒng)自動調(diào)整測量臂指向，從而最終確定真北方向，并通過測量臂底端的激光對中模塊對地進(jìn)行投影，以便于設(shè)置測量標(biāo)志。網(wǎng)絡(luò)RTK的工作原理是借鑒了廣域差分GNSS和具有多個基準(zhǔn)站的局域差分GNSS的基本原理和方法。廣域差分GNSS采樣誤差分離技術(shù),將GNSS定位中的主要誤差源分別加以“模型化”,把偽距誤差分離為衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差和電離層誤差,并產(chǎn)生相應(yīng)的改正數(shù)。用戶利用廣域差分改正數(shù)改正GNSS偽距誤差,以提高導(dǎo)航定位的精度。局域差分定位系統(tǒng)則向用戶提供綜合的DGPS改正信息——觀測值改正,而不是提供單個的誤差源改正。與廣域差分GPS和局域差分GPS不同的是,GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)通過內(nèi)插法或線性組合法求得改正數(shù),對載波相位進(jìn)行改正,而非對偽距或位置進(jìn)行改正。因?yàn)檫@三種類型的差分定位中,利用載波相位進(jìn)行的差分定位精度最高。網(wǎng)絡(luò)RTK基準(zhǔn)站上應(yīng)配備雙頻全波長GNSS接收機(jī),該接收機(jī)最好能同時提供精確的雙頻偽距觀測值?；鶞?zhǔn)站的站坐標(biāo)應(yīng)精確已知,其坐標(biāo)可采用長時間GNSS靜態(tài)相對定位等方法來確定。此外,這些基準(zhǔn)站還應(yīng)配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備及氣象儀器等。網(wǎng)絡(luò)RTK工作的主要技術(shù)方法如下:1.基準(zhǔn)站應(yīng)按規(guī)定的采樣率進(jìn)行連續(xù)觀測,并通過數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時將觀測資料傳送給數(shù)據(jù)處理中心；2.數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)流動站送來的近似坐標(biāo)(可據(jù)偽距法單點(diǎn)定位求得)判斷出該站位于由哪三個基準(zhǔn)站所組成的三角形內(nèi)。然后根據(jù)這三個基準(zhǔn)站的觀測資料求出流動站處所受到的系統(tǒng)誤差；3.將求出的系統(tǒng)誤差播發(fā)給流動用戶來進(jìn)行修正以獲得精確的結(jié)果。有必要時可將上述過程迭代一次?；鶞?zhǔn)站與數(shù)據(jù)處理中心間的數(shù)據(jù)通信可采用光纖專網(wǎng)或無線通信等方法進(jìn)行。流動站和數(shù)據(jù)處理中心間的雙向數(shù)據(jù)通信則通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。目前網(wǎng)絡(luò)RTK大體可采用內(nèi)插法、線性組合法及虛擬站等方法進(jìn)行。本發(fā)明的技術(shù)方案是，利用GNSS接收機(jī)通過通信系統(tǒng)鏈接網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)接入端口，持續(xù)獲得差分改正數(shù)，從而獲得高精度定位結(jié)果并實(shí)時反饋至控制系統(tǒng)；再轉(zhuǎn)換至ENU本地坐標(biāo)，并通過伺服系統(tǒng)調(diào)整，最終測量選取E向偏離接近0°的位置作為真北方向。發(fā)明的有益效果是，利用高精度GNSS接收機(jī)使用網(wǎng)絡(luò)RTK模式來提高其定位精度從而快速精確測量待測點(diǎn)的真北方向，從而解決現(xiàn)有方案中精度差、測量時間長、設(shè)備昂貴、受氣候條件限制等缺點(diǎn)。附圖說明圖1為結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。圖2為ENU本地坐標(biāo)系示意圖。具體實(shí)施方式參見附圖1至2對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步說明，本發(fā)明一種基于網(wǎng)絡(luò)RTK的尋北方法及設(shè)備，其特征是包括以下方法：利用GNSS接收機(jī)1通過通信系統(tǒng)鏈接網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)接入端口，持續(xù)獲得差分改正數(shù)，從而獲得高精度定位結(jié)果并實(shí)時反饋至控制系統(tǒng)；再轉(zhuǎn)換至ENU本地坐標(biāo)，并通過伺服系統(tǒng)4調(diào)整，最終測量選取E向偏離接近0°的位置作為真北方向。本發(fā)明主要包括GNSS接收機(jī)1、測量臂2、指北針3、伺服系統(tǒng)4、激光對中模塊5和控制、通信、供電系統(tǒng)6，測量臂2安裝在具有三腳架的伺服系統(tǒng)4上，并由伺服系統(tǒng)4控制旋轉(zhuǎn)；GNSS接收機(jī)1包括安裝在測量臂2旋轉(zhuǎn)中心的中心點(diǎn)接收機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心11和測量臂2一端的尋北點(diǎn)接收機(jī)12；激光對中模塊5安裝在尋北點(diǎn)接收機(jī)12下方的測量臂2上；測量臂的另一端安裝控制、通信、供GNSS接收機(jī)1電系統(tǒng)6和指北針3。本發(fā)明包括以下步驟：步驟1，將測量臂2按照指北針3指示的磁北方向旋轉(zhuǎn)，使尋北點(diǎn)接收機(jī)12初步處于中心點(diǎn)接收機(jī)11的磁北方向；步驟2，GNSS接收機(jī)1通過通信系統(tǒng)鏈接網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)接入端口，持續(xù)獲得差分改正數(shù)，從而各自獲得高精度定位結(jié)果并將各自的定位結(jié)果實(shí)時反饋至控制系統(tǒng)；步驟3，控制系統(tǒng)將中心點(diǎn)接收機(jī)11和尋北點(diǎn)接收機(jī)12各自獲得的高精度定位結(jié)果轉(zhuǎn)換至ENU本地坐標(biāo)，通過判斷E向偏離值的正負(fù)符號，進(jìn)行逆時針或順時針調(diào)校；粗調(diào)時伺服系統(tǒng)4采用較大步長進(jìn)動，精調(diào)時伺服系統(tǒng)4切換為最小步長進(jìn)行微調(diào)，最終通過多次測量選取E向偏離最接近0°的位置作為真北方向，控制、通信、供電系統(tǒng)6通過指示燈告知用戶尋北成功。進(jìn)一步地，所述步驟3中，還可開啟激光對中模塊5，對地投影設(shè)置測量標(biāo)志。進(jìn)一步地，所述步驟3中，ENU本地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法如下：e2＝f(2-f)v=a1-e2sinφn2]]>rn=(v+h)cosφncosλn(v+h)cosφnsinλnv(1-e2)sinφn]]>其中：a:地球參考橢球的長半軸，f:地球參考橢球的扁率，φn:尋北點(diǎn)接收機(jī)緯度，λn:尋北點(diǎn)接收機(jī)經(jīng)度，h：尋北點(diǎn)接收機(jī)橢球高，rn＝(x,y,z)T:尋北點(diǎn)接收機(jī)ECEF坐標(biāo)位置；當(dāng)獲取尋北點(diǎn)接收機(jī)ECEF坐標(biāo)位置后，需結(jié)合中心點(diǎn)接收機(jī)經(jīng)緯度將尋北點(diǎn)ECEF坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至ENU本地坐標(biāo)[e,n,u]：renu＝Er(rn-rc)其中：為旋轉(zhuǎn)矩陣，φc:中心點(diǎn)接收機(jī)緯度φ，λc:中心點(diǎn)接收機(jī)經(jīng)度，rc：中心點(diǎn)接收機(jī)ECEF坐標(biāo)。本發(fā)明還可通過以下簡易方法來實(shí)現(xiàn)：步驟1，在預(yù)備投影經(jīng)線的起始點(diǎn)按測量要求架設(shè)三腳架并調(diào)水平，即通過指北針3指示的磁北方向確定投影經(jīng)線，將GNSS接收機(jī)1固定于三腳架頂端測量起始點(diǎn)坐標(biāo)，記錄其經(jīng)度值，標(biāo)記為投影經(jīng)線起始點(diǎn)；步驟2，然后將GNSS接收機(jī)1裝置于簡易的移動測量桿之上，在預(yù)備投影經(jīng)線終點(diǎn)附近位置進(jìn)行往返測量，選擇與記錄經(jīng)度值最為接近的點(diǎn)進(jìn)行簡單標(biāo)繪；步驟3，架設(shè)三腳架，按起始點(diǎn)同樣步驟進(jìn)行復(fù)測，記錄最終該點(diǎn)測量的坐標(biāo)值，如果其經(jīng)度值與起始點(diǎn)坐標(biāo)經(jīng)度值差值在誤差允許的范圍內(nèi)，建議為5”，即可認(rèn)為該點(diǎn)標(biāo)記為投影經(jīng)線終點(diǎn)，并將其兩點(diǎn)之間的連線方向視作真北方向。當(dāng)前第1頁1 2 3